Analysis of Actuator Control Strategies for Excitation of Intrinsic Modes in Compliant Robots with Series Elastic Actuators

In biology, body dynamics and elasticity in periodic motions most likely con- tribute to efficiency, i.e., in mammalian locomotion. Likewise, elastic elements can be added to robotic systems in an attempt to mimic this biological concept. Compliant robots are less likely to get damaged after severe impacts and their mechanical energy storage via springs could be exploited for fast and explosive movements. In this thesis, we explore the question whether resonance excitation that solely considers link-side dynamics or also takes into account the motor inertia, can lead to an increase in performance in Series Elastic Actuator (SEA) driven robotic systems. We propose three different control approaches and compare them to compliant state-of-the-art control as baseline evaluation in simulation and hardware experiments. Moreover, we extend the investigation of motor-side-excitation with the aid of methods such as inertia shaping and simulative system variation. Experiment results regarding a pick-and-place task with fixed amplitude reveal that in the investigated test setup, it might not be beneficial to make dedicated use of the motor inertia. Instead, an approach that exclusively excites link-side dynamics appears, for this particular task and setup, to be advantageous. However, generally, also making use of the motor dynamics bears potential for specific investigations as it appears more flexible and the control behavior can be easily adapted. Thus, the presented thesis provides first fundamental insights about novel control strategies and lies the foundation for further systematic research with different actuation types and varying task goals

Diseño de extremidades móviles para robot de telepresencia en hospitales

Las características de interacción de un robot social son de gran importancia, en especial cuando su desempeño depende de generar confianza con el usuario; este es el caso de un robot de telepresencia para diagnóstico psicológico en hospitales. Sabiendo que muchas alternativas actuales no cuentan con rasgos atractivos o familiares que incentiven su uso, este trabajo de tesis tiene como objetivo desarrollar el diseño de un sistema de brazos y cabeza móviles de un robot de telepresencia para diagnosticar y tratar afecciones mentales en hospitales de Perú, como parte de la investigación del Proyecto Concytec 160-2020. Dicho diseño tendrá como fin incrementar la aceptabilidad del robot brindándole expresividad a través de rasgos y movimientos semejantes al humano. El diseño final consta de cuatro grados de libertad en el brazo y dos grados de libertad en la cabeza actuados por servomotores de disco que transmiten de forma directa y por correas dentadas. Las articulaciones están unidas por planchas y piezas impresas para otorgar una forma antropomórfica, con medidas de una persona peruana de estatura promedio de 1.65 m (hombro-codo de 33 cm, codo-muñeca de 25 cm y una cabeza proporcional a la altura de 20 cm). Además, se agregaron otros aspectos de expresividad como iluminación de los ojos por matrices led y señales de audio a través de parlantes. Finalmente, se realizaron pruebas de funcionamiento mediante la implementación del prototipo de un brazo con piezas fabricadas mediante impresión 3D